Amesim中流体管道材质参数的设置

本文摘要（由AI生成）：

本文通过Amesim软件对C-R管道模型进行仿真，分析了不锈钢、铝和橡胶三种不同材质管道在相同流量下的压力特性和流速。结果表明，不锈钢和铝管压力曲线基本重合，橡胶管压力值显著不同；流速上，不锈钢管与铝管几乎相同，橡胶管较慢。此外，橡胶管在高压下会发生显著膨胀，导致内径增大。研究提示，在液压系统仿真中，应充分考虑管道材质对流体流动的影响，通过调整杨氏模量参数来模拟不同材质管道。

在实际的流体管网中，管道为弹性体，当管道内流体收到压缩时，管壁同时要发生膨胀，不同材质的管道，其杨氏弹性模量不同，管壁膨胀的情况也大不相同，进而对流体系统中压力特性的影响也不相同。

Amesim中的管道模型为通用模型，参数设置中并没有单独的材料选项，针对不同的管道材质，主要是通过设置其杨氏模量来体现不同的材质。本文以Amesim中常用的C-R管道模型为例，对比分析了不同材质对管道压力特性的影响。

01 模型介绍

管道模型如下图所示，油液介质模型选择的是美孚DTE25液压油；流量源为理想流量源，设置参数5s内流量由0线性增长至500L/min；管道子模型为HL0001，即C-R型，管径5mm，管长0.1m，材料分别为不锈钢、铝与橡胶，对应的杨氏模量分别为2.06e6bar、7.00e5bar与5.00e3bar，在parameter模式下，将管道的参数“Young's modulus for material”设置成对应的值，如图2所示；管道末端的油箱参数使用默认值，压力为0bar；仿真时间设置为10s，其中0-5s，流量由0增加至500L/min，5s之后，流量保持在500L/min。

（图1：管道模型图）

（图2：管道参数）

02 仿真结果

取管道模型靠近流量源的端口压力绘制仿真结果图，如下图所示，由于管道末端油箱压力为0bar，则该端口压力即为通过一定流量时管道两端的压差。对于不锈钢与铝材质的硬质管道，其仿真曲线基本重合，仿真结果相差很小，稳定之后的压力分别为366.0575bar与365.6431bar，两者之间压力差可以忽略不计；而对于橡胶材质软管，其压力值则区别较为明显，为302.5815bar。

（图3：管道压差）

这三种管道内部的流速如图4所示，不锈钢管与铝管流速几乎相同，为424m/s，橡胶软管流速相对较慢，为391.6m/s。对比图3与图4可得，管道两端压差越小，相应的流速也越小。

（图4：管内流速）

由于三种管道所流通的体积流量均为500L/min，而三种管道内部流速不同，为了通过相同的体积流量，则管道的截面积也会不同，即管径也会有所区别，下图为三种管道的管径变化图，相对于最初参数设置时的5mm，不锈钢管与铝管管径几乎没有变化，均为5mm，而橡胶软管管径则随着流量的增大逐渐增加，最终稳定为5.202mm，这说明在高压下软管发生膨胀导致管径增大。

（图3：管道内径）

03 总结

因此，在液压系统仿真建模时，需要考虑管道的材质，随着压力的升高，管道在高压下会发生膨胀，导致内径增大。不同材质的管道其膨胀效果不同，对于常用的硬质钢管，几乎不会发生膨胀，可认为内径保持不变；而对于橡胶软管，则膨胀效果非常明显，其对流体流动的影响便不能忽略。

Amesim中的管道模型参数中没有单独的材质选项，可通过设置其杨氏模量参数来表达材质的不同。